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1、Interlaken,简介 协议层 流控 帧层 Native PHY-Interlaken IP 100G/50G IP 应用,interlanken协议是一种芯片间高速数据传输协议 XAUI(zowie)只有10Gbps，SPI协议带宽更低 interlaken协议支持多通道传输，带宽可达150Gbps interlanken协议有比较完善的流控功能、I/O数少、低开销帧、以及全面的完整性检查,Interlaken-和XAUI、SPI比较,Interlaken层次关系,协议层 帧层,Interlaken层次关系,数据切割 协议层控制字组装(突发控制字，空闲控制字) 条带化,64/67编码 帧
2、层控制字组装(同步字，扰码器状态字，跳脱字，诊断字) 扰码 多路并发对齐 serdes并串转换,Interlaken协议层,控制字/数据字为64bit 数据字突发前后紧跟控制字：指定开始、结束、错误 此处通过空闲控制字中的Eof_format指定最后一个数据字的有效字节,数据切割和控制字组装的典型处理,Interlaken协议层,BurstMax：数据块的最大长度 BurstMin ：和EOP相关的最小长度。 一个可选的调度增强算法（Optional scheduling Enhancement）与BurstMin非常相关 Burstshoot:两个突发控制字之间的最小间隔，32Byte，以8
3、字节为步进追加 BurstMin = BurstShort，32字节的整数倍;,Interlaken协议层,当 pkt_len mod burst_max 很小时，带宽浪费字节最严重为31(Burstshoot-1)字节 可选调度增强算法 pkt_len：当前数据包总长度 pkt_rmd：开始发送后，当前数据包剩余字节数,Interlaken协议层,Interlaken协议层,Interlaken协议层,优点：可以有效避免空闲帧的插入，提高系统效率； 缺点：需事先知道数据包长度，同步和流控等带内信息密度降低，系统出错概率增加,Interlaken协议层,Interlaken协议层,协议层控制字
4、补充：,EOP_FORMAT 1xxx ：包结束，bits59:57定义burst 最后一个8-byte word的有效字节数。bit59:57编码如下： 000:8-bytes有效； 001:1-bytes有效； 111：7-bytes有效。 有效字节从63:56 开始； 0000：包未结束，无错误； 0001：包结束，存在错误； 其他：保留,Interlaken协议层,协议层控制字补充：,Multiple-Use,需要超过256channels，那么这8bit作为channel number的扩展，代表channel numbet的低8位； 若需要额外的带内流控bit，这8bit在In-B
5、and Flow Control(bits55:40)后追加8 calendar entries; 或其他应用,Interlaken协议层,条带化,以8字节的数据字或者控制字为单位，按照通道号轮询发送， 其中每个通道（lane）各自之后对应一个serdes物理链路,Interlaken 流控,支持通道流控通信：1(XON)允许传送；0(XOFF)禁止传送 流控不支持赤字流控：XOFF时马上停止 XONXOFF切换阈值可配置，阈值取决于通道数、接收Buffer深度、流控延时 通道流控可以映射到calendar structure中， calendar structure同样可以提供整个接口的链路
6、级流控信息,256通道带内流控,Interlaken 流控,带内流量一般用于源设备与终端设备位于相同设备时的双向应用 当应用为单向时，或源设备与终端设备不在同一设备中时，一般采用带外流控,FC_CLK ： 带外流控时钟 FC_DATA：带外流控数据，单bit，含义和XON、XOFF相同 FC_SYNC：带外流控传输同步头,4通道带外流控,Interlaken帧层,帧层功能划分,Interlaken帧层,64B/66B,01：数据同步头 10：控制同步头 通过搜寻同步头实现锁定、块同步、64bit数据匹配 缺点： 单个SerDes lane累积传输过多的1或0，造成unbounded basel
7、ine wander、 DC imbalance,64B/67B,Interlaken帧层,X代表翻转bit 高电平表示将63-0字节翻转，低电平表示不翻转 用于维护serdes差分传输的直流平衡 保证serdes传输过程中平均电压抖动范围不会过大 具体做法是：在每一路串行serdes传输过程中设置1和0计数器，检测到1则计数器增加，检测到0则计数器减少。以正负96为阀值，并同时计算下一个等待传输的64字节里面0跟1谁多，如果倾向与当前serdes内的计算结果一致，就将下一个64bit翻转,64B/67B,Interlaken帧层,同步字：元帧同步头，用于确定元帧位置 扰码器状态：用于告知接收
8、器当前扰码器的状态 跳脱：时钟补偿，可增删 负载： 接口传输控制字和数据字 诊断字：当前通道状态和CRC32校验 在帧层层面上述四种控制字长度均为67bit,Interlaken帧层,bx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样 b011110 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表同步字的控制类型 剩余部分：对于同步字而言是恒定值,同步字,Interlaken帧层,bx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样 b001010 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表扰码器状态字的控制类型 因为扰码器多项式为x58 + x39+ 1，故此状态为
9、58bit,扰码器状态字,Interlaken帧层,同步字和扰码状态字不扰码 其余所有字的66-64bit不扰码 发送端的扰码器只在系统复位的时候复位一次，之后不会再复位，发送端在每个元帧里都将扰码器状态告知接收端，所以接收端无须知道发送端的扰码器复位初始值，只需根据元帧里的扰码器状态来解扰码即可 扰码器复位的初始值不得设为全零，并且最好每一路都设为不同的值 如果接收端解扰模块期望的下一组扰码器状态和发送端发出的下一组扰 码器状态不符，接收端应该在连续三帧出错之后提起出错信息,扰码操作原则,Interlaken帧层,跳脱字,bx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样 b00
10、0111 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表跳脱字的控制类型 跳脱字用于时钟补偿，比如发送器跟接收器时钟不一致的时候 跳脱字可以往负载部分的任意地方插入 原则是：在发送端插入跳脱字，在接收端检测并剔除跳脱字 典型格式的元帧有一个跳脱字，供接收端删除,Interlaken帧层,诊断字,Interlaken帧层,诊断字,bx10：同步字的66-64bit，和前面的64B/67B一样 b011001 ：同步字的63-58bit，共计6bit，代表诊断字的控制类型 Unused bit：57:34 33-32bit用于接收端通过双向口向发送端回传数据通路出错状况，为一可选项 33bit 代
11、表lane的status，32代表整个接口的status。1：正常；0：有问题 CRC32在扰码和翻转前进行，不包含64B/67B的framing bits, 包含诊断字 bits 63:0本身 ，CRC32 填充0 多项式为,Interlaken帧层,Lane Alignment(多路并发对齐),Interlaken Protocol Core以固定频率同时向lanes发送同步字 决定发送频率的是元帧的长度设定值 接收端识别同步字、测量lanes之间的skew，调整内部skew补偿逻辑 协议对这一部分不作实现方法的具体规定，具体怎么实现，由实现人 员自己决定,Interlaken帧层,时钟补
12、偿,原因：中继器不同side存在时钟速率差异 方式：Second Clock 比first clock慢，删除跳脱字； Second Clock 比first clock快，增加跳脱字； 元帧中的固有跳脱字位置固定，新增跳脱字不能出现在同步字和扰码字、 诊断字和同步字之间，剩余任意位置都可以 repeater删除跳脱字进行时钟补偿时，需要维护同步字之间的间隔保持不变 (间隔受控于MetaFramelength) 时钟补偿是针对所有lanes：如果一个检测出时钟差，需要对Interface下的所 有lanes进行时钟补偿,Interlaken帧层,时钟补偿,Interlaken帧层,速率匹配,在
13、数据通路上以定义的频率在数据字间插入Idle Control Words 速率匹配控制接口的整体数据吞吐量，而不是单channel 通过令牌桶实现速率匹配 令牌桶颗粒度可配置,Interlaken帧层,速率匹配,Interlaken帧层,错误信息,The Receive SerDes Loses Lock：失锁，XOFF/XON Receive Logic Loses Word Boundary Sync：66:64未能有效识别 Bad Scrambler State：和预期扰码状态不匹配 Lane Alignment Fails：接口未能在107UI内同时找到所有lanes的同步字 Burs
14、t CRC24 Errors Flow Control Errors ：流控状态信息延迟传输 Unknown Control Word Types Bad 64B/67B Codewords Diagnostic CRC32 Errors Lane Resiliency：单一lane出现问题时通过软件干涉配置可继续工作,Interlaken帧层,效率分析,效率系数= 编码效率 X 成帧效率 X 校准效率 X 元帧成帧效率 编码效率：64/67编码，64/67x100%=95.5% 成帧效率：协议层一个控制字带八个数据字的标准格式，成帧效率是1/9x100%=88.8% 校准效率：为了将帧尾装成
15、一个8字节的字而填充无效字节，几乎可以不考虑 元帧成帧效率：以2k字长元帧为例，去掉控制字剩下的载荷部分，约为(1-(4*8)/(2048*8)*)100%=99.8% 按照上面的分析，总的效率系数大约是84%,Interlaken PHY IP Core-Native PHY 12.5Gpbs/40bit,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,帧层功能： Block Sync 64/67 encode/decode 加扰/解扰 基于Lane CRC32 DC均衡 使用Native PHY需要外部逻辑处理协议层内容,时钟方案： 非bonding channel 抖
16、动大 ATX PLL比fPLL jitter performance要好 CMU PLL只适合非bonding channel，浪费 RX Channel 多channel bonding时要求channel必须连续,使用Native PHY时需要发送和接收做多Lane去抖对齐,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,xN bonding clock,PLL feedback clock,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,三个预定义的Interlaken可以帮助熟悉配置 按照错误提示修改配置,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,其他参数,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,其他参数,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,其他参数,外部端口不能变(数据位宽) 变更数据速率、协议,Interlaken PHY IP Core-Native PHY,其他参数,外部端口不能变(数据
